AeroSande - ein neuer Formstoff für Geißereianwendungen

Brück, Sabine; Ratke, Lorenz

doi:708

AeroSande - ein neuer Formstoff für Geißereianwendungen

Brück, Sabine (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sabine Brück

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang148 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Ratke, Lorenz (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-11-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7081
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/51943/files/Brueck_Sabine.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Formsand (Genormte SW) ; Aerogel (Genormte SW) ; Organisches Bindemittel (Genormte SW) ; Thermomechanische Eigenschaft (Genormte SW) ; Industrielle Fertigung (frei) ; Aerogele (frei) ; Kern- und Formwerkstoffe (frei) ; Leichtmetallguss (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 670

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit werden organische Aerogele als neues Bindemittel für die Form- und Kernherstellung in der Giessereitechnik vorgestellt. Die Arbeit ist motiviert durch Probleme die beim Entformen und Entkernen von Aluminiumguss auftreten. Im Gegensatz zum Stahl- oder Eisenguss werden aufgrund der deutlich niedrigeren Giesstemperaturen von Aluminiumlegierungen im Form- und Kernsand nur niedrigere Temperaturen erreicht, so dass die Zerstörung der Binderbrücken oft unvollständig ist. Nach dem Abguss behalten Form und Kern ihre Festigkeit bei und lassen sich speziell bei Hinterschneidungen und Hohlräumen nur durch einen verstärkten mechanischen Aufwand entfernen. Problematisch sind ebenfalls dünnwandige Bereiche des Gussteiles. Hier kann es leicht zu einer Schädigung kommen. Mit den AeroSanden, der Kombination aus Aerogelen und Sanden, wird ein neuartiger Formstoff für die Sandform- und Kernherstellung in der Giessereiindustrie vorgestellt. In der vorliegenden Dissertation wurden dafür zuerst Herstellungsmethoden für polymere Aerogele entwickelt und darauf aufbauend Methoden zur Herstellung der AeroSande entwickelt. AeroSande werden hergestellt, in dem konventionelle Giessereisande mit Solen aus Resorcin, Formaldehyd, Natriumkarbonat und Wasser vermischt, geliert und anschliessend getrocknet werden. Es wurden zahlreiche Typen von AeroSanden hergestellt und als Kern- und Formwerkstoffe charakterisiert. Variiert wurden die Sandarten (Korund, Siliziumkarbid, Quarz, Mullit-Hohlkugeln) und ihre Korngröße sowie der Anteil an flüssigem Sol in einem Bereich von 4 - 24%. Die AeroSande wurden hinsichtlich ihrer mechanischen und thermophysikalischen Eigenschaften charakterisiert, in dem die Biegefestigkeit, die Druckfestigkeit, der E-Modul, die Gasdurchlässigkeit und Kernhautfestigkeit, sowie thermophysikalische Daten wie Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme bestimmt wurden. AeroSande auf der hier vorgestellten Basis polymerer Aerogele haben zwei Eigenschaften, die sie für Giessereianwendungen besonders interessant machen. Das polymere Aerogel verbrennt rückstandslos bei Temperaturen oberhalb 350°C, d.h. weit unterhalb der Solidustemperaturen der gebräuchlichen Aluminium-Gusslegierungen liegen. Deshalb wurde die Zerfallsgeschwindigkeit des Formstoffes bei verschiedenen Temperaturen ermittelt. Die zweite Eigenschaft macht selbst die polymeren AreoSande interessant für dünnwandigen Stahlguss: Die Wärmeleitfähigkeit kann durch geschickte Wahl des Sandes, seiner Korngröße und des aerogelen Binders so eingestellt werden, dass dünnwandiger Stahlguss realisiert werden kann. Die grundlegenden Untersuchungen zur Entwicklung und Charakterisierung der neuen Form- und Kernwerkstoffe in dieser Dissertation werden abgeschlossen durch Giessversuche mit einer konventionellen Aluminiumgusslegierung. Dabei wurden AeroSande sowohl als Kern- als auch als Formwerkstoff erfolgreich eingesetzt. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass die neue Formstoff-Binder Kombination zu Gussteilen mit hoher Oberflächenqualität führt und Kerne ohne jeden mechanischen Aufwand thermisch aus den Gussstücken herausgelöst werden können.

In the present work, organic aerogels are used as a new binding material for mould and core production in foundry application. The work is motivated by the problems occurring during the mould and core removal in aluminium casting. In contrary to steel and iron casting the low casting temperatures lead to low temperatures in the mold and core material and therefore the bonding efficiency remains on a high level. Therefore a complete core removal is only possible by an increased mechanical effort. Thin wall parts of the casting are as much problematic as backdrafts and cavities. With AeroSands, the combination of aerogels and sands, a novel molding material for core and mold production are presented. In the present dissertation preparation methods of organic aerogels and AeroSands are presented. AeroSands are prepared by mixing conventionally foundry sands with a certain amount of aerogel sol, consisting of resorcinol, formaldehyde, sodium carbonate and water. After gelling and drying, AeroSands prepared in that way are characterized as a mold and core material. The sand types are varied (corundum, silicon carbide, quartz, mullit-hollow spheres), their grain sizes and the amount of aerogel solution in the range of 4-24%. The AeroSands are characterized according to their mechanical properties ,bending strength, compression strength, elastic modulus, permeability and core strength, and according to their thermophysical properties, thermal conductivity and specific heat. AeroSands made by organic aerogels have two characteristics which are quite interesting for foundry applications. The polymeric aerogel decomposes totally at temperatures above 350°C, i.e. far below the solidus temperature of common aluminium foundry alloys. The thermal decomposition was analysed at different temperatures. The second characteristic makes the polymeric aerogels even interesting for thin walled steel castings: The thermal conductivity depends on the sand type, its grain size and the amount of aerogel. Optimizing these three parameters the effective thermal conductivity can adjusted such that thin walled steel casting can be realized. The basic research and development of this new binding material is completed by casting experiments with a conventional aluminium alloy. They showed that this new binding material leads to castings with a high surface quality and that cores can be removed without any mechanical effort by only thermal disintegration.

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